黑洞是宇宙中最令人敬畏和神秘的力量之一。最初是由愛因斯坦的廣義相對論預測的，它們是引力異常強大的奇點，而時空中的這些點是在大質量恆星生命結束時發生引力坍縮時形成的。儘管經過幾十年的研究和觀察，但是我們不得不承認人類仍然對這一現象知之甚少，甚至可以說一無所知！

例如，對於落入黑洞軌道並逐漸被吸積到黑洞上的物質（就是吸積盤）的行為，科學家們在很大程度上仍然一無所知。但是最近的一項研究，一個國際研究小組對一個黑洞進行了迄今為止最詳細的模擬，許多關於吸積盤的理論預測最終得到了證實！到底是什麼理論？我們來看看！

據瞭解，這個理論是由詹姆斯·巴丁（James Bardeen）和雅各布·佩特森（Jacobus Petterson）於1975年提出的一種理論，該理論提出旋轉的黑洞會使傾斜的吸積盤內部區域與黑洞的赤道面對齊，簡單來說，在我們的視角看來，吸積盤的外部區域將保持傾斜，但其內部區域將與黑洞赤道對齊！

自從巴丁和佩特森提出他們的理論以來，黑洞模擬一直受到許多問題的困擾，這些問題使他們無法確定是否會發生這種排列。因為當吸積盤接近視界時，它們會以驚人的速度加速，並穿過時空的扭曲區域。然而事情沒有這麼簡單。因為黑洞的旋轉迫使時空圍繞它旋轉。這兩個問題都要求天體物理學家考慮廣義相對論的影響，但仍然存在磁湍流的問題。這種亂流使圓盤上的粒子聚整合一個圓形，最終聚集到黑洞表面。直到現在，天體物理學家還沒有計算能力來解釋這一切。

為了開發一種能夠進行模擬GR和磁湍流的強大程式碼，該團隊開發了一種基於圖形處理單元（gpu）的程式碼。與傳統的中央處理器（cpu）相比，gpu在處理大量資料的影象處理和計算演算法方面效率更高。該團隊採用了一種稱為自適應網格細化的方法，透過只關注發生移動的特定塊並相應地進行調整，從而節省能源。為了說明區別，專家將gpu和cpu比作1000匹馬和1000馬力的法拉利：假設你需要搬進一套新公寓。你可能需要1000匹馬而不是一臺1000匹馬力的法拉利。如果你能在每匹馬身上放一個箱子，你就可以一次移動所有的東西。同理，GPU有很多元素，每一個元素都比CPU中的元素慢，但它們實在太多了。所以它們的效率仍然比CPU快！

40年了！這理論終於被證實！而證實該理論的研究團隊由阿姆斯特丹大學的Anton Pannekoek天文研究所、西北大學天體物理學跨學科探索與研究中心（CIERA）和牛津大學的計算天體物理學家組成。在他們的發現中，研究小組首次證實了巴丁-佩特森效應（bardean -Petterson Effect）。當然，研究人員所知道的關於黑洞的一切都是透過研究吸積盤而獲得的。如果沒有這些明亮的氣體和塵埃環，科學家就不太可能找到黑洞。此外，黑洞的生長和旋轉速度也依賴於它的吸積盤，這使得研究它們對於理解黑洞的演化和行為至關重要。

最後，但並非最不重要的是，該團隊使用位於伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校國家超級計算應用中心的Blue Waters超級計算機進行了模擬。他們發現，雖然盤的外部區域可能是平鋪的，但內部區域將與黑洞的赤道對齊，一條平滑的經線將把它們連線起來。

除了為黑洞及其吸積盤的長期爭論畫上句號，這項研究還表明，自巴丁和佩特森時代以來，天體物理學已經取得了長足的進步。這些模擬不僅解決了一個已有40年曆史的問題，而且它們表明，與典型的想法相反，我們在廣義相對論中模擬黑洞的吸積盤是可能的。這為下一代模擬鋪平了道路。

最令人敬佩的是，研究小組透過將吸積盤減薄到前所未有的程度，並考慮到導致吸積盤產生的磁化擾動，解決了長期以來存在的巴登-佩特森效應之謎。以前的模擬僅僅透過近似湍流的影響，就進行了實質性的簡化。更重要的是，以前的模擬使用的是最小高度與半徑之比為0。05的薄圓盤，而研究員契訶夫斯科伊和他的同事們觀察到的最有趣的效果是發生在圓盤變薄到0。03時。令他們驚訝的是，研究小組發現，即使有極薄的吸積盤，黑洞仍然以光速的一部分發射粒子和輻射。

科學家興奮地稱，這是一個相當出乎意料的發現，沒有人預料到這些厚度如此之小的圓盤會產生噴射流。人們以為產生這些噴射流的磁場會穿透這些非常薄的圓盤。這個發現幫助我們解開了觀測之謎！